CN114353606A - 一种水下弹的弹上点火电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种水下弹的弹上点火电路及方法，能够实现锂电池的供电开启，采用三段式点火保护策略，来保障发动机点火的安全性，采用三段式点火保护策略，来保障发动机点火的安全性。本发明控制线的裸漏端不会引起短路风险。通过“继电器”实现锂电池供电开启后，“激活+”及“激活‑”电压撤销，由于继电器属性，其“激活+”和“激活‑”两个端子不供电的情况下，与内电路没有电连接关系，置于水环境中，不会引起短路风险；可以防止发动机误点火现象。由于本发明采用三段式点火保护策略，即首先MCU上电、再由MCU开启点火开关电路，再开启点火输出保护电路，才能开启发动机点火，保障了点火的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及弹上点火电路技术领域，具体涉及一种水下弹的弹上点火电路及方法。
背景技术
固体发动机的点火方式有很多种，其中弹上点火是一种常见的点火方式。水下弹上常带有多级固体发动机，根据弹道运行到某个时刻，点燃某一发动机，用以控制水下弹的运行轨迹。因此需要使用弹上点火模块在弹体运行过程中进行发动机点火。激活发动机多采用锂电池，具有瞬时电流大，供电持续时间长、体积小等优点。由于水下环境，对弹体密封性要求较高，因此如何安全地开启弹上点火电路的锂电池供电，并将固体发动机点火，成为一个技术难题。在水下环境下开启弹上点火，现有常用的开启锂电池供电输出的方式有以下缺陷：
若采用在弹体上安装开关的方式，来开启锂电池供电输出的方式。需考虑开关的密闭性问题，并且工作人员需近距离上电，对人员操作要求高，且流程复杂性高，安全性低；采用无线通信方式，进行远距离开启点火模块并点火。无线信号需实现从空气到水下的跨介质通信，通信可靠性差，且实现较为复杂；采用有线方式来控制锂电池供电的开启。点燃发动机后，入线端需做处理，防止与水接触，造成短路的风险。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种水下弹的弹上点火电路及方法，能够实现锂电池的供电开启，采用三段式点火保护策略，来保障发动机点火的安全性。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
本发明的一种水下弹的弹上点火电路，包括锂电池、“激活+”锂电池供电开启控制线、“激活-”锂电池供电开启控制线、继电器、MCU供电开关电路、点火供电开关电路、电源转换模块、MCU、点火电路以及点火输出保护电路；
其中，锂电池连接继电器、MCU供电开关电路以及点火电源供电开关电路的输入端；“激活+”锂电池供电开启控制线与“激活-”锂电池供电开启控制线为锂电池供电开启控制线，控制继电器输出端的通断；电源转换模块连接继电器以及MCU供电开关电路的输出端，将锂电池电压转换为MCU所需供电电压；MCU供电开关电路起到锂电池与电源转换模块之间的通电开关作用；MCU为控制单元，用于控制MCU供电开关电路、点火电源供电开关电路、点火电路和点火输出保护电路输出端的通断；点火供电开关电路连接锂电池与点火电路，起到锂电池与点火电路之间的通电开关作用；点火电路起到点燃固体发动机的作用；点火输出保护电路控制点火电路输出，起到防止固体发动机误点火的作用。
其中，MCU使用弱电信号来控制MCU供电开关电路、点火电源供电开关电路、点火电路和点火输出保护电路输出端的通断。
其中，所述“激活+”锂电池供电开启控制线以及“激活-”锂电池供电开启控制线均延长到设定位置。
其中，所述点火电源供电电路与所述点火电路和所述MCU供电开关电路构造相同，均以光耦芯片和P型沟道MOSFET管为核心搭建电路。
其中，所述点火输出保护电路以光耦芯片和继电器为核心搭建电路；当来自MCU的差分控制信号为无信号时，继电器常闭端为DH1_OUT+和DH1_OUT-短路，其中DH1_OUT+和DH1_OUT-分别为点火电路中点火管的正负输入。
本发明还提供了一种水下弹的弹上点火方法，采用本发明所述的电路进行点火，点火流程如下：
在“激活+”锂电池供电开启控制线与“激活-”锂电池供电开启控制线上施加使继电器输出端导通的电压，继电器闭合，此时开启锂电池给电源转换模块的供电；MCU得到电源转换模块的供电输入开始工作，上电自检后开始计时；
MCU计时到t1时刻，MCU输出MCU供电开关电路的开启信号，锂电池经MCU供电开关电路给电源转换模块供电；此时将“激活+”锂电池供电开启控制线与“激活-”锂电池供电开启控制线的电压撤销；
MCU计时到t2时刻，MCU开启点火供电开关电路，打开点火电路的锂电池供电输出；
MCU计时到t3时刻，MCU开启点火输出保护电路，解除点火电路的输出保护；
MCU计时到t4时刻，MCU开启点火电路，点燃发动机，任务完成。
有益效果：
本发明使用锂电池作为电源进行发动机激活。采用继电器触发MCU自锁供电的方式，实现锂电池的供电开启，采用三段式点火保护策略，来保障发动机点火的安全性。本发明控制线的裸漏端不会引起短路风险。通过“继电器”实现锂电池供电开启后，“激活+”及“激活-”电压撤销，由于继电器属性，其“激活+”和“激活-”两个端子不供电的情况下，与内电路没有电连接关系，置于水环境中，不会引起短路风险；可以防止发动机误点火现象。由于本发明采用三段式点火保护策略，即首先MCU上电、再由MCU开启点火开关电路，再开启点火输出保护电路，才能开启发动机点火，保障了点火的安全性。
本发明可以起到防止电磁干扰或静电引起锂电池误触发的作用。由于设置了MCU形成自供电回路的延迟计时时间t1，则“激活+”和“激活-”的供电压差达不到时间t1，就构不成MCU自供电回路，防止了电磁干扰或静电等引起的“激活+”和“激活-”信号的误触发。
本发明人为操作简单，除了激活MCU供电电路需要由工作人员进行操作外，其余步骤均由MCU进行操作完成，减少了任务误操作的可能，增加了点火的安全性。
本发明控制线可以延长到远处，保证工作人员安全。“激活+”和“激活-”两根延长线，理论上可以延长到足够安全地地方。
附图说明
图1为本发明点火电路示意图。
图2为本发明继电器使用及配套电路示意图。
图3为本发明MCU供电开关电路示意图。
图4为本发明点火电源供电电路示意图。
图5为本发明点火电路示意图。
图6为本发明点火输出保护电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种水下弹的弹上点火电路，点火电路示意图如图1所示，其中粗线为供电线，细线为控制线，所述点火电路包括锂电池、“激活+”锂电池供电开启控制线、“激活-”锂电池供电开启控制线、继电器、MCU供电开关电路、点火供电开关电路、电源转换模块、MCU、点火电路以及点火输出保护电路。
其中，锂电池连接继电器、MCU供电开关电路以及点火电源供电开关电路的输入端；“激活+”锂电池供电开启控制线与“激活-”锂电池供电开启控制线为延长到设定位置(远处)的锂电池供电开启控制线，控制继电器输出端的通断；电源转换模块连接继电器以及MCU供电开关电路的输出端，将锂电池电压转换为MCU所需供电电压；MCU供电开关电路起到锂电池与电源转换模块之间的通电开关作用；MCU为控制单元，使用弱电信号来控制MCU供电开关电路、点火电源供电开关电路、点火电路和点火输出保护电路输出端的通断；点火供电开关电路连接锂电池与点火电路，起到锂电池与点火电路之间的通电开关作用；点火电路起到点燃固体发动机的作用；点火输出保护电路控制点火电路输出，起到防止固体发动机误点火的作用。
本发明还提供了一种水下弹的弹上点火方法，基于本发明的点火电路，在水下弹应用场景中，点火流程如下：
在远处，工作人员在“激活+”锂电池供电开启控制线与“激活-”锂电池供电开启控制线上施加使继电器输出端导通的电压，继电器闭合，此时开启锂电池给电源转换模块的供电。MCU得到电源转换模块的供电输入开始工作，上电自检后开始计时；
MCU计时到t1时刻，MCU输出MCU供电开关电路的开启信号，锂电池经MCU供电开关电路给电源转换模块供电；远处工作人员此时可将“激活+”锂电池供电开启控制线与“激活-”锂电池供电开启控制线的电压撤销。此时MCU、MUC供电开关电路以及电源转换模块形成MCU自供电回路；
MCU计时到t2时刻，MCU开启点火供电开关电路，打开了点火电路的锂电池供电输出；
MCU计时到t3时刻，MCU开启点火输出保护电路，解除了点火电路的输出保护；
MCU计时到t4时刻，MCU开启点火电路，点燃发动机，任务完成。
现举应用实例对本发明电路进行说明:固体发动机点火管指标如下：
桥路电阻：0.9Ω～1.3Ω；绝缘电阻：不小于20MΩ；安全电流：1A1W/5min不发火；单个发火管在5A～9A电流下，应在50ms内发火。
MCU选用ST公司的STM32F411CEU6芯片，主要实现功能为：(1)实现管脚的高低电平输出，(2)实现计时功能。
继电器选用国营792厂的JGC-5043MA/010Y-50-02，输入控制信号范围为10～32V，输出典型电压为50V，可通过最大电流为5A，使用及配套电路如图2所示。当24V_KZ+与24V_KZ-压差达到24V时，锂电池正极DC与DC_OUT导通，即DC_OUT为24V。
电源转换模块可实现锂电池24V电压转换为3.3V的MCU供电电压。主要选用朝阳电源的EJE24S3V3M集成电源模块，输入电压范围为：18V～36v，输出为3.3V，额定电流2.42A。
供电开关电路如图3所示，以东芝公司的光耦芯片TLP3407S和英飞凌公司的P型沟道MOSFET管IRFH9310PbF为核心搭建电路。其中IRFH9310PbF集成电路，最大输出电流为21A。可以实现来自MCU的差分控制信号ARM_IO_5VJH+和ARM_IO_5VJH-，控制DC_OUT输出的目的。当ARM_IO_5VJH+为高，ARM_IO_5VJH-为低时，光耦导通，此时MOSFET管也导通，输出DC_OUT与DC导通，即输出为24V。
此外，点火电源供电电路如图4所示，点火电路如图5所示，点火电源供电电路与点火电路和MCU供电开关电路构造相同。都是以东芝公司的光耦芯片TLP3407S和英飞凌公司的P型沟道MOSFET管IRFH9310PbF为核心搭建电路。由MCU的电平差分控制信号，控制MOSFET管的导通和截止，进而分别控制(1)点火电路的电源接到锂电池正极，(2)开始点火。
点火输出保护电路如图6所示。以东芝公司的光耦芯片TLP3407S和国营792厂的JZC-078M/024-01继电器为核心搭建电路。其中JZC-078M/024-01继电器，输入控制信号范围为10～32V，典型值为24V，输出典型电压为50V。ARM_IO_DH_JDQ+和ARM_IO_DH_JDQ-为来自MCU的差分控制信号，DH1_OUT+和DH1_OUT-分别为点火电路中点火管的正负输入。当ARM_IO_DH_JDQ+和ARM_IO_DH_JDQ-无信号时，继电器常闭端为DH1_OUT+和DH1_OUT-短路，即起到点火管正极与负极导通，起到防止人为误激活、防静电误激活的作用。当ARM_IO_DH_JDQ+为高电平，ARM_IO_DH_JDQ-为低电平时，光耦导通，此时DH1_OUT+和DH1_OUT-断开，DH1_OUT-与24VGND(锂电池负极)导通。等待点火电路将DH1_OUT+置为锂电池正极，点燃发动机。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种水下弹的弹上点火电路，其特征在于，包括锂电池、激活+锂电池供电开启控制线、激活-锂电池供电开启控制线、继电器、MCU供电开关电路、点火供电开关电路、电源转换模块、MCU、点火电路以及点火输出保护电路；
其中，锂电池连接继电器、MCU供电开关电路以及点火电源供电开关电路的输入端；激活+锂电池供电开启控制线与激活-锂电池供电开启控制线为锂电池供电开启控制线，控制继电器输出端的通断；电源转换模块连接继电器以及MCU供电开关电路的输出端，将锂电池电压转换为MCU所需供电电压；MCU供电开关电路起到锂电池与电源转换模块之间的通电开关作用；MCU为控制单元，用于控制MCU供电开关电路、点火电源供电开关电路、点火电路和点火输出保护电路输出端的通断；点火供电开关电路连接锂电池与点火电路，起到锂电池与点火电路之间的通电开关作用；点火电路起到点燃固体发动机的作用；点火输出保护电路控制点火电路输出，起到防止固体发动机误点火的作用。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，MCU使用弱电信号来控制MCU供电开关电路、点火电源供电开关电路、点火电路和点火输出保护电路输出端的通断。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述激活+锂电池供电开启控制线以及激活-锂电池供电开启控制线均延长到设定位置。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述点火电源供电电路与所述点火电路和所述MCU供电开关电路构造相同，均以光耦芯片和P型沟道MOSFET管为核心搭建电路。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述点火输出保护电路以光耦芯片和继电器为核心搭建电路；当来自MCU的差分控制信号为无信号时，继电器常闭端为DH1_OUT+和DH1_OUT-短路，其中DH1_OUT+和DH1_OUT-分别为点火电路中点火管的正负输入。
6.一种水下弹的弹上点火方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任意一项所述的电路进行点火，点火流程如下：
在激活+锂电池供电开启控制线与激活-锂电池供电开启控制线上施加使继电器输出端导通的电压，继电器闭合，此时开启锂电池给电源转换模块的供电；MCU得到电源转换模块的供电输入开始工作，上电自检后开始计时；
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